Системы замкнутого управления электроприводами предназначены так же, как и рассмотренные ранее более простые разомкнутые системы релейно-контактного управления, для обеспечения автоматического режима пуска, торможения, реверсирования, регулирования скорости, момента и т. д. Однако эти системы позволяют сформировать указанные режимы управления желаемым образом и связать их более точно с требованиями технологического процесса, обусловленного работой производственных механизмов.
Замкнутой автоматической системой называется такая система, в которой регулируемый параметр измерения используется и для целей регулирования. Принципиальной особенностью замкнутых автоматических систем является изменение знака в замкнутом контуре, т. е. замыкание контура с отрицательной обратной связью. Принцип отрицательной обратной связи является основополагающим принципом построения всех замкнутых автоматических систем.
Замкнутые схемы приводов образуются посредством разных обратных связей с использованием тех или иных усилителей. Назначение обратных связей состоит в том, чтобы автоматически поддерживать определенное соотношение между входной и выходной величинами при наличии возмущающих воздействий (например, изменении нагрузки).
Применение обратных связей в электроприводах позволяет значительно расширить диапазон регулирования скорости, повысить жесткость механических характеристик, улучшить качество переходных процессов и устойчивость работы.
Обратная связь представляет собой канал передачи и преобразования информации с выхода системы регулирования или ее узлов на вход с целью формирования результирующего сигнала управления.
В зависимости от знака сигнала обратная связь бывает положительной или отрицательной. Если сигнал обратной связи суммируется с сигналом задания, то обратная связь называется положительной. Если сигнал обратной связи вычитается из задающего сигнала, то обратная связь называется отрицательной.
Имеются разного рода обратные связи, как по выполняемым функциям, так и по способу исполнения. По разным признакам различают следующие типы обратных связей:
1) в зависимости от физической величины, передаваемой на вход - обратные связи по скорости, положению, току, напряжению, вращающему моменту;
2) по относительному знаку передаваемой величины - положительные и отрицательные.
3) в зависимости от области, в которой проявляется обратная связь - жесткая, действующая в установившемся и в переходном режимах; гибкая - действующая только в переходных режимах; с отсечкой - работающая, когда переменная отклоняется от заданного значения.
По устройству обратные связи подразделяются на:
- параметрические (статические электрические цепи);
- электромеханические (тахогенераторы), пассивные, без собственных источников энергии, и активные с источниками энергии.
Рассмотрим в качестве примеров некоторые схемы обратных связей.
Выполнение обратных связей по току и напряжению в двигателях постоянного и переменного тока показано на рис. 1,а, б. Обратная связь по току нагрузки или вращающему моменту может вводиться также посредством тензометрического датчика.
Рисунок 1 – Обратные святи:
а) по току в двигателе постоянного тока;
б) по току и напряжению в двигателе переменного тока.
По типу выходной регулируемой координаты замкнутые системы электропривода подразделяются на следующие группы:
1 - Системы регулирования момента (усилия). К этому классу относятся, например, электроприводы систем натяжения металла в листопрокатном производстве в металлургии или системы натяжения пленки в химико-технологическом производстве тонких пленок. Закон регулирования момента (усилия) рабочего органа определяется технологическим процессом.
2 - Системы регулирования скорости. Они используются в электроприводах многих технологических машин: металлообрабатывающих станках, прокатных станах и многих других. Системы регулирования скорости делятся на две большие группы.
3 - Системы стабилизации скорости, у которых скорость поддерживается постоянной, несмотря на воздействие возмущений. К таким системам относятся, например электроприводы бумагоделательных машин.
4 - Системы управления скоростью, у которых скорость рабочего органа регулируется с высокой точностью в широких пределах в соответствии с требуемым характером протекания технологического процесса. Это, например, электроприводы экскаваторов, подъемно-транспортных машин и другие.
5 - Системы регулирования положения рабочего органа. Эти системы используются в электроприводах нажимных винтов прокатных станов, в роботах и манипуляторах и многих других промышленных установках. В этих системах положение рабочего органа регулируется с заданной точностью в соответствии с требованиями технологического процесса. Существует два типа замкнутых систем электропривода регулирования положения - системы позиционирования и следящие системы.
Системы позиционирования - это такие системы, в которых задается исходное и конечное положение рабочего органа, а траектория перемещения не контролируется.
Следящие системы электропривода - это системы регулирования положения, в которых задается и непрерывно контролируется вся траектория движения рабочего органа. Рабочий орган должен повторять заданную траекторию с требуемой точностью.